Universidad de granada



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astico
los frenos y tensa los cinturones con pretensores electr´
onicos, para as´ı
reducir la velocidad de impacto y limitar las consecuencias de la colisi´
on.
LOTUS apuesta fuertemente por el medio ambiente; con el uso de
nuevos materiales renovables biodegradables como el c´

namo, la lana
y el sisal natural se consigue mitigar el impacto medioambiental del
veh´ıculo. Por otra parte, utilizando procesos de fabricaci´
on m´
as limpios.
Ha desarrollado un sistema de pintura a base de agua; ´
este incluye
imprimaci´
on, color y capa de laca... y se consigue un gran ahorro en
el consumo de energ´ıa debido a la baja temperatura que requiere todo
el proceso de pintado. Finalmente, algunos modelos incluyen paneles
solares que contribuyen a disminuir el gasto el´
ectrico del veh´ıculo.
Entre las innovaciones en confort creadas por JAGUAR existen, por
ejemplo: un sistema de cuatro sensores ocultos en los paneles laterales
detectan el movimiento de la mano de los pasajeros cuando van a abrir las
puertas, en este momento, surgen los tiradores que hasta el momento se
manten´ıan ocultos. Un sensor adicional en el salpicadero, hace aparecer,
al percibir la cercan´ıa de la mano del conductor o del pasajero, una
pantalla TFT de 7 pulgadas dividida en dos partes y que puede ser
41

2. ESTADO DEL ARTE
manejada por conductor y acompa˜
nante sin que las intenciones de uno
interfieran con las del otro.
Jaguar ha bautizado este sistema como
DualView.
LAND ROVER apuesta por la potencia y la adaptabilidad a
cualquier tipo de terreno. As´ı pues, el sistema Terrain Response permite
enfrentarse con seguridad a las circunstancias m´
as extremas; este sistema
adapta las respuestas del motor, la transmisi´
on, el acoplamiento central y
los sistemas del chasis del veh´ıculo a las demandas del terreno. El control
de descenso de pendientes (HDC) permite tomar pendientes reduciendo
el peligro y garantizando un arranque suave en pendiente. El control de
estabilidad en giro (RSC) es la tecnolog´ıa de prevenci´
on del vuelco m´
as
sofisticada jam´
as utilizada; combina la velocidad de las ruedas, el ´
angulo
de la direcci´
on y un sensor de la inclinaci´
on del veh´ıculo para ofrecer una

apida respuesta sobre la suspensi´
on del veh´ıculo.
MERCEDES tiene en cuenta el tipo de conducci´
on de cada
conductor; ´
este es monitorizado con m´
as de 40 sensores, guardando
en memoria los diferentes estilos de conducci´
on. Cuando la lectura de
los par´
ametros da como resultado que el conductor est´
a acusando el
cansancio, una luz en el cuadro de mandos avisa al conductor de su
estado con la palabra Brake (frenar), as´ı como con avisos ac´
usticos.
La marca japonesa MITSUBISHI incorpora en sus veh´ıculos
sistemas como: ACD (Active Center Differential ), AYC (Active Yaw
Control ) o ASC (Active Stability Control ). Todos ellos est´
an orientados
a asistir al conductor en las situaciones m´
as adversas, diferenciando tipos
carretera como son de asfalto, tierra y nieve.
NISSAN ha desarrollado un nuevo sistema llamado ECO-pedal, el
cual detecta los excesos de presi´
on que el conductor realiza sobre el
acelerador y activa un mecanismo de control que los corrige haciendo
retroceder el pedal; De esta forma se consigue ahorrar la energ´ıa que se
habr´ıa malgastado.
La marca alemana OPEL anunci´
o la incorporaci´
on a los nuevos
modelos del dispositivo Opel Eye. Se trata de una c´
amara que es capaz
de avisar al conductor de algunas se˜
nales verticales, como l´ımites de
velocidad. La c´
amara tambi´
en comprueba que el conductor se mantenga
42

2.5 El Grupo AUTOPIA
en el carril elegido de la autopista.
El sistema de avisos anti-distracci´
on de SAAB se activa cuando se
detecta que el conductor no presta la debida atenci´
on a la carretera y
muestra un mensaje, a la vez que activa una alarma. Para ello utiliza dos
de c´
amaras infrarrojas que apuntan permanentemente hacia el conductor
y env´ıan sus im´
agenes a un ordenador; este estudia los movimientos que
realizan los globos oculares del conductor y analiza su nivel de atenci´
on
sobre la actividad que desarrolla al volante, calculando si sus p´
arpados
se cierran durante m´
as tiempo del habitual o si su mirada se desv´ıa de
la carretera.
2.5
El Grupo AUTOPIA
El Grupo AUTOPIA se desarrolla en Espa˜
na en el desaparecido Instituto
de Autom´
atica Industrial, actualmente en el Centro de Autom´
atica y
Rob´
otica, de la Universidad Polit´
ecnica de Madrid y el Consejo Superior
de Investigaciones Cient´ıficas (UPM-CSIC). La l´ınea de investigaci´
on
principal se orienta hacia la conducci´
on autom´
atica de veh´ıculos.
Desde sus inicios en 1998, ha centrado su trabajo en la aplicaci´
on
de t´
ecnicas de control, desarrolladas primero para robots m´
oviles, en
veh´ıculos aut´
onomos reales. Estas t´
ecnicas se basan principalemente en

ogica difusa, dado que permite el uso de reglas relativamente sencil-
las para emular el comportamiento humano en conducci´
on de veh´ıculos
(Si el veh´ıculo est´
a desviado hacia la derecha mueve el volante hacia la
izquierda). El objetivo final es lograr una conducci´
on completamente
aut´
onoma, as´ı como mejorar la seguridad en la conducci´
on, principal-
mente en entornos urbanos y frente a situaciones de alto riesgo.
El Grupo ha contado con la financiaci´
on proveniente de diversos
proyectos de investigaci´
on, entre los que cabe destacar:
• ORBEX (ORdenador Borroso EXperimental ). Financiado por
la CICYT, se defini´
o e implement´
o el n´
ucleo de un sistema de
inferencia difusa, el cual se emplea en la actualidad para dar
soporte a los diferentes sistemas de navegaci´
on de los veh´ıculos. La
estructura del sistema se definir´
a en detalle m´
as adelante, debido
43

2. ESTADO DEL ARTE
a que forma la base de los sistemas difusos presentados a lo largo
de la tesis.
• ZOCO (ZOna de COnducci´
on). Igualmente financiado por la CI-
CYT y que permiti´
o la construcci´
on de la pista de experimentaci´
on
en la cual se llevan a cabo las pruebas del presente trabajo. Tambi´
en
se detallar´
an los aspectos de la pista de pruebas m´
as adelante, de-
bido a los cambios sufridos en los ´
ultimos a˜
nos.
• COVAN y GLOBO, financiados respectivamente por la Comu-
nidad Aut´
onoma de Madrid y la CICYT, sirvieron para comprar
e instrumentar dos fugonetas Citro¨
en Berlingo el´
ectricas con las
que se llevaron a cabo los primeros experimentos de conducci´
on
aut´
onoma (Alcalde 00).
• ISAAC e ISAAC-2, financiados ambos por el extinto Ministerio
de Ciencia y Tecnolog´ıa, donde en colaboraci´
on con grupos de la
Universidad de Alcal´
a de Henares, la Universidad Polit´
ecnica de
Madrid y la Universidad de Extremadura, se desarrollaron sistemas
para reconocer el entorno de los veh´ıculos mediante diferentes

ecnicas.
• CYBERCARS-2 fue un proyecto financiado por la Comunidad
Europea, trataba sobre la realizaci´
on de maniobras cooperativas
entre veh´ıculos de diferente naturaleza y en ´
el participaron hasta
once instituciones del sector del transporte.
• MARTA y GUIADE fueron financiados por el Ministerio de
Fomento y est´
an en desarrollo; buscan encontrar aplicaciones reales
en automoci´
on junto a grandes empresas espa˜
nolas del sector.
• CITYELEC es un proyecto singular concedido a finales de 2009
y que, en una l´ınea solidaria con el medio ambiente, busca la
implementaci´
on en ciudades espa˜
nolas de un flujo de tr´
afico verde.
44

2.5 El Grupo AUTOPIA
2.5.1
La Zona de Conducci´
on
La pista de pruebas de la que dispone el grupo (ZOCO ) est´
a dedicada
exclusivamente a tareas de investigaci´
on, es decir, en ella no hay ning´
un
otro tr´
afico de veh´ıculos, lo que se ha hecho por razones de seguridad.
Tiene una forma reticulada, como las manzanas o cuadras de una
ciudad, con algunas irregularidades, con calles de seis metros de ancho,
permitiendo as´ı, la circulaci´
on en ambos sentidos.
En la figura 2.17
podemos ver una vista a´
erea de ZOCO
1
tal y como se encontraba tiempo
atr´
as.
Figura 2.17: Vista a´
erea de ZOCO.
En la actualidad, se ha modificado la trazada de determinadas zonas
para as´ı lograr un conjunto m´
as amplio de curvas, se ha a˜
nadido una
peque˜
na rotonda, as´ı como se han a˜
nadido sem´
aforos en el cruce central.
En la figura 2.18 pueden verse im´
agenes del estado actual de la zona de
pruebas disponible.
Las calles originales de ZOCO fueron nombradas para as´ı poder
definir recorridos mediante el uso de cartograf´ıas. Las calles horizontales
tienen nombres de personajes dedicados a la automatizaci´
on mientras
que las verticales est´
an dedicadas a antiguos cient´ıficos y personajes que
dise˜
naron y crearon instrumentos de navegaci´
on.
Estos nombres de calles permiten especificar los recorridos que han
de hacer los coches de una manera simb´
olica, estos recorridos son
1
Fuente: http://maps.google.es
45

2. ESTADO DEL ARTE
Figura 2.18:
Mejoras realizadas sobre ZOCO en los ´
ultimos a˜
nos.
Trazado adicional (arriba), Rotonda (centro) y Sem´
aforos (abajo).
transformados por un int´
erprete en un conjunto de maniobras elementales
(Alonso 11).
Evidentemente, el int´
erprete ha de poseer un mapa de
ZOCO. La figura 2.19 muestra un plano esquem´
atico de ZOCO.
ZOCO tambi´
en dispone de una estaci´
on base de posicionamiento
global diferencial basado en informaci´
on geogr´
afica v´ıa sat´
elite, DGPS,
que puede ser utilizado por sistemas m´
oviles embarcados en los coches
para obtener su posici´
on con una precisi´
on inferior al cent´ımetro (Milan´
es 08b),
(Milan´
es 08a). En la tabla 2.1 se muestran las coordenadas UTM de los
puntos m´
as relevantes de ZOCO.
46

2.5 El Grupo AUTOPIA
Figura 2.19: Plano esquem´
atico de ZOCO.
Tambi´
en existe una estaci´
on central de coordinaci´
on sobre la que se
prueban las estrategias, normalmente basadas en l´
ogica difusa, que luego
son transferidas a los coches (Godoy 10).
Latitud
Longitud
Punto
Norte (m)
Este (m)
Puerta del Sol
4462550.89
459059.8
Cruce (Zadeh - Mercator)
4462556.52
458953.91
Cruce (Zadeh - Enrique)
4462561.23
458882.06
Plaza Sugeno
4462564.74
458808.31
Cruce (Azarquiel - Quevedo)
4462499.55
459056.88
Cruce (Quevedo - Mercator)
4462510.23
458953.13
Cruce (Quevedo - Enrique)
4462517.51
458877.4
Cruce (Mercator - Juanelo)
4462459.75
458951.86
Cruce (Enrique - Juanelo)
4462479.49
458873.76
Tabla 2.1: Coordenadas UTM de ZOCO
2.5.2
Los Coches
La flota de veh´ıculos disponibles est´
a compuesta por cinco veh´ıculos, que
pasamos a describir a continuaci´
on.
Dos furgonetas el´
ectricas Citro¨
en Berlingo, llamadas Babieca y
Rocinante, que pueden verse en la figura 2.20.
Son impulsadas por
un motor el´
ectrico de 15 Kw que puede alcanzar velocidades de hasta
47

2. ESTADO DEL ARTE
90 Km/h; en pruebas de conducci´
on autom´
atica se han alcanzado
velocidades de 60 Km/h.
Figura 2.20: Babieca y Rocinante.
Por otro lado dos Citro¨
en C3 Pluriel, uno de ellos descapotable,
llamado Clavile˜
no (Milan´
es 10b), y el otro llamado Platero; ambos se
muestran en la figura 2.21.
Clavile˜
no ser´
a el veh´ıculo utilizado para
realizar la experimentaci´
on de todo lo planteado a lo largo de la presente
memoria.
Figura 2.21: Clavile˜
no y Platero.
Finalmente, la ´
ultima adquisici´
on del grupo ha consistido en un
prototipo de mini-autob´
us el´
ectrico para transporte p´
ublico con el que se
pretenden extrapolar las t´
ecnicas y resultados obtenidos a los sistemas

ublicos de transporte. ´
Este puede verse en la figura 2.22.
Como se coment´
o anteriormente, Clavile˜
no (figura 2.21) es el veh´ıculo
utilizado durante la experimentaci´
on realizada en la presente tesis. El
veh´ıculo est´
a instrumentado para actuar sobre el acelerador y freno; los
detalles de esta instrumentaci´
on se explicar´
an en el cap´ıtulo de control
48

2.5 El Grupo AUTOPIA
Figura 2.22: Molinero.
de velocidad (secci´
on 3.2). Tambi´
en lo est´
a para actuar sobre el volante,
como se explicar´
a en el cap´ıtulo de control de direcci´
on (secci´
on 4.2).
En lo que respecta a la informaci´
on sensorial que el veh´ıculo es
capaz de leer de su entorno, ´
esta est´
a formada principalmente por un
receptor GPS. Este, junto con la correcci´
on diferencial suministrada por
la estaci´
on base instalada en ZOCO v´ıa WLAN (Wireless Local Area
Network ), permiten lecturas de posicionamiento de precisiones inferiores
al cent´ımetro.
En el caso de que, o bien el GPS embarcado, o la comunicaci´
on con
la estaci´
on base falle, una IMU (Inertial Measurement Unit ) instalada
junto a la palanca de cambios ser´
a capaz de dar la posici´
on, usando para
ello las aceleraciones frontales y laterales experimentadas por el coche,
aunque con una precisi´
on menor. Gracias a esto, el veh´ıculo conocer´
a su
posici´
on en todo momento con una precisi´
on centim´
etrica.
Por otra parte, el ordenador del veh´ıculo dispone de un mapa GPS con
la trayectoria a seguir, gracias a lo cual, y conociendo la posici´
on actual
se pueden inferir variables tales como el error lateral y angular respecto
a la ruta deseada en un instante dado, as´ı como la velocidad deseada
en un determinado tramo de carretera. El veh´ıculo puede obtener otra
serie de variables, bien mediante la lectura del bus CAN
1
(Control Area
Network ) del veh´ıculo, tales como la velocidad, aceleraci´
on,... o bien
1
Red interna del veh´ıculo donde circulan mensajes y ´
ordenes, tales como subir
bajar ventanillas, cambiar a tercera marcha, intermitentes encendidos,...
49

2. ESTADO DEL ARTE
puede recibir ´
ordenes de control o informaci´
on adicional por medio de la
WLAN. Una vista del sistema de navegaci´
on instalado en el maletero de
Clavile˜
no puede verse en la figura 2.23.
Figura 2.23: Fotograf´ıa de la instrumentaci´
on de Clavile˜
no.
2.5.3
La Arquitectura de Control
Una vez tomadas todas las entradas necesarias del amplio abanico
disponible, el ordenador ser´
a el encargado de inferir y ejecutar las
correspondientes acciones de planificaci´
on y control de los actuadores
del veh´ıculo, por medio de l´
ogica difusa.
Desglosando la tarea de la conducci´
on humana como si de un sistema
de control se tratase, podemos distinguir 3 niveles de actividad diferentes:
1. Nivel de Control: implica mantener el veh´ıculo en una trayec-
toria determinada y dentro de unos l´ımites de velocidad concre-
tos mediante acciones como girar el volante, pisar el acelerador, el
freno. . . esto es lo que llamaremos, el control lateral y longitudinal,
respectivamente.
2. Nivel de Maniobra: abarca todas las maniobras propias de la
50

2.5 El Grupo AUTOPIA
conducci´
on, tales como mantener la distancia de seguridad, hacer
un stop, adelantar. . .
3. Nivel de Planificaci´
on: conlleva tareas tales como la selecci´
on de
la mejor ruta a seguir en funci´
on de determinados criterios, entre
otras.
Entre los niveles tambi´
en existe una diferencia en lo que respecta a
la escala temporal en la que se desarrollan; el ciclo de control abarca
unos milisegundos, el t´
actico unos segundos y el de planificaci´
on implica
una duraci´
on mucho mayor. Por ´
ultimo, una vez tomada la decisi´
on de
control, es preciso emplear la capacidad motora para trasladar la acci´
on
al veh´ıculo, para lo que para lo que un conductor humano utiliza brazos
y piernas.
Podemos apreciar que, la tarea de la conducci´
on humana encaja a
la perfecci´
on con uno de los paradigmas tradicionales de la arquitectura
de control: la arquitectura jer´
arquica. Una arquitectura jer´
arquica se
descompone en tres m´
odulos funcionales agrupados en niveles, que son
ejecutados de forma secuencial, como puede verse en la figura 2.24.
Figura 2.24: M´
odulos Funcionales del Paradigma de Control
Una vez especificada la arquitectura de control, desarrollaremos
cada uno de los niveles funcionales del paradigma y analizaremos la
aplicaci´
on al sistema de conducci´
on usado en AUTOPIA (Naranjo 06a),
(Perez 09b), tanto los m´
odulos funcionales de control como los flujos de
datos entre ellos, tal y como se muestra en la figura 2.25.
La percepci´
on, as´ı como los datos de entrada usados para controlar
el veh´ıculo variar´
an seg´
un el coche con el que estemos trabajando, as´ı
como de la tarea o maniobra a llevar a cabo, en nuestro caso, el trabajo
51

2. ESTADO DEL ARTE
Figura 2.25: Arquitectura de control implementada en AUTOPIA.
aqu´ı presentado se desarrolla para controlar el volante y pedales de
Clavile˜
no (figura 2.21).
La base de conocimiento est´
a formada por un mapa de carreteras
(o del entorno donde el veh´ıculo vaya a circular) y, por un conjunto
de normas de tr´
afico en las que basar la conducci´
on.
Parte de este
conocimiento es est´
atico, como son los mapas de carreteras, se˜
nalizaci´
on
52

2.5 El Grupo AUTOPIA
de tr´
afico
1
, y parte din´
amico, como las posiciones de los obst´
aculos,
velocidades de los dem´
as veh´ıculos, etc.
Se utiliza un sistema de
representaci´
on de curvas avanzado capaz de representar rectas y curvas
como secuencias de segmentos de distinta longitud (Naranjo 04), tal y
como vemos en la figura 2.26. Adem´
as, estos mapas cuentan con una
velocidad de referencia, asociada a cada segmento, a modo de se˜
nal de
limitaci´
on de velocidad, que ser´
a utilizada como consigna de velocidad
por el sistema de control de velocidad.
Figura 2.26: Mapa de un recorrido que incluye curvas de diferentes radios.
El planificador del camino consistir´
a en un m´
odulo que establece la
ruta a seguir por el veh´ıculo autom´
atico por asignaci´
on directa, es decir,
por asignaci´
on del usuario, de la misma forma que un cliente indica a un
taxista por donde desea ir. Esto es as´ı debido a que la planificaci´
on de
caminos no forma parte del trabajo realizado por el grupo.
El copiloto decide por un lado qu´
e tipo de maniobra realizar (control
de crucero, detenerse, adelantar...) y, por el otro, partiendo del mapa y de
la informaci´
on obtenida del receptor GPS, aplicar´
a las correspondientes
transformaciones a los datos de entrada, para as´ı generar informaci´
on
1
Puede no ser est´
atico en casos especiales, tales como obras en la v´ıa, indicaciones
especiales de un agente de tr´
afico o la presencia de elementos extra˜
nos en la v´ıa, por
ejemplo, un veh´ıculo accidentado.
53

2. ESTADO DEL ARTE
adaptada a efectos de control que servir´
an como datos de entrada para
los siguiente m´
odulos.
El piloto est´
a formado por un conjunto de controladores difusos que
realizan la funci´
on de conducci´
on a bajo nivel. Recibe los par´
ametros
de entrada del copiloto, y generar´
a una salida dirigida a los actuadores
del veh´ıculo, permitiendo as´ı su conducci´
on.
Este es el m´
odulo de
menor nivel de la etapa de planificaci´
on y se puede decir que los
controladores difusos asociados son el aut´
entico n´
ucleo de los sistemas
de conducci´
on. B´
asicamente hay dos controladores, capaces de manejar
las dos principales variables de control de un veh´ıculo; estas son la
velocidad y la direcci´
on, denominados control longitudinal y lateral,
respectivamente.
El piloto es el m´
odulo que presenta el mayor inter´
es para la realizaci´
on
de este trabajo, ya que se trata del m´
odulo encargado de aplicar el control
difuso a partir de las entradas del veh´ıculo, con el fin de llevar a cabo
la conducci´
on. La definici´
on y aplicaci´
on de los controladores difusos
se obtiene mediante la aplicaci´
on de ORBEX, descrito en detalle m´
as
adelante.
El controlador de bajo nivel est´
a compuesto por las tarjetas de
control y la interfaz electr´
onica de los actuadores; recibe las instrucciones
del piloto y, mediante hardware, manda a los actuadores la consigna
apropiada para que cumplan su misi´
on.
Los actuadores son el acelerador, freno y volante, aunque la
implementaci´
on requerida para actuar sobre ellos difiere en funci´
on del


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